CN115575080A - 一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法 - Google Patents

一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法 Download PDF

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CN115575080A CN202211575683.4A CN202211575683A CN115575080A CN 115575080 A CN115575080 A CN 115575080A CN 202211575683 A CN202211575683 A CN 202211575683A CN 115575080 A CN115575080 A CN 115575080A
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Abstract

本发明属于实验空气动力学领域，公开了一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法。该测量方法包括以下步骤：安装通气模型；安装假尾支和总压测量耙；进行高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验；拆卸总压测量耙，更换静压测量耙；进行高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验；计算通气模型内流道出口的总压、静压和风洞稳定段总压；计算来流静压；计算内流道出口马赫数；计算风洞通气模型内阻。该测量方法通过使用单独的总压测量耙与静压测量耙，在不改变内流道阻塞度的前提下，显著提高了内流道出口截面总压和静压空间分布的测量密度，通过基于
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
原则的选点法则剔除了误差较大的测压点，有效提高了通气模型内阻测量精度，具有工程应用价值。

Description

一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法
技术领域
本发明属于实验空气动力学领域，具体涉及一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法。
背景技术
众所周知，气动性能是评判飞行器性能的重要标准。对于具有复杂进排气系统的飞行器而言，在气动设计的早期就要对进排气系统外形进行优化设计，为了提高设计效率并降低设计成本，在工程上进排气系统外形的选型和优化都不考虑动力影响。为了尽可能保证飞行器内、外流场相似，目前多数飞行器在开展高速风洞试验时一般采用模拟内流道的通气模型，而不采用堵锥的形式，以减少内、外流场干扰。
在通气模型高速风洞试验中，内流道产生了一定的阻力，但在真实飞行器的阻力构成中，内流道壁面产生的阻力是不计入全机气动阻力里的，在进行全机升阻特性分析时就应该扣除这部分阻力。因此，对于具有复杂进排气系统的飞行器模型，通常按照如下方式开展高速风洞测力试验：采用单天平测量全模气动力，同时测量通气模型内流道出口截面气流参数，根据管流动量变化确定作用在内流道壁面的非模拟力（内阻），并从全模气动力中扣除，从而得到待测飞行器气动特性。
根据管流动量变化确定内阻的试验方法，是通气模型测力试验的关键。然而，现有内阻测量方法普遍采用同时包含总压和静压测点的测压耙对内流道出口截面气流参数进行测量，由于内流道出口截面总压与静压分布极不均匀，测压点过于稀疏将导致测量得到的内流道出口截面总压和静压分布与真值存在较大误差，进而导致内阻计算结果存在误差，进一步限制了飞行器升/阻力系数、舵面效率、部件特性等气动参数的可靠性评估，严重制约了飞行器的安全性与经济性。
当前，亟需发展一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法，提高通气模型内阻测量精度。
本发明的高速风洞通气模型内阻精确测量方法，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装假尾支和总压测量耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将总压测量耙固定在假尾支上，保证总压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合，将总压测量耙钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S30.进行高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure 957485DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口总压
Figure 874626DEST_PATH_IMAGE002
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验的风洞稳定段总压
Figure 778997DEST_PATH_IMAGE003
，其中，i为总压测量耙上测压点序号，N为总压测量耙上测压点总数；
S40.拆卸总压测量耙，更换静压测量耙；
拆下总压测量耙，将静压测量耙固定在假尾支上，保证静压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S50.进行高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验；
开启高速风洞，在与步骤S30相同的来流马赫数
Figure 174206DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口静压
Figure 175529DEST_PATH_IMAGE004
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验的风洞稳定段总压
Figure 997991DEST_PATH_IMAGE005
，其中，j为静压测量耙上测压点序号，N为静压测量耙上测压点总数；
S60.计算通气模型内流道出口的总压
Figure 202708DEST_PATH_IMAGE006
、静压
Figure 401608DEST_PATH_IMAGE007
和风洞稳定段总压
Figure 70487DEST_PATH_IMAGE008
；
根据步骤S30和步骤S50中的测量结果，计算来流马赫数
Figure 244942DEST_PATH_IMAGE001
下，风洞稳定段总压
Figure 999271DEST_PATH_IMAGE008
、通气模型内流道出口总压
Figure 673966DEST_PATH_IMAGE006
及静压
Figure 197351DEST_PATH_IMAGE007
；
S70.计算来流静压
Figure 814146DEST_PATH_IMAGE009
；
根据来流马赫数
Figure 55772DEST_PATH_IMAGE001
和风洞稳定段总压
Figure 330895DEST_PATH_IMAGE008
计算来流静压
Figure 646470DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 637429DEST_PATH_IMAGE010
；
S80.计算内流道出口马赫数
Figure 897509DEST_PATH_IMAGE011
；
根据内流道出口总压
Figure 382848DEST_PATH_IMAGE006
与静压
Figure 677563DEST_PATH_IMAGE007
计算内流道出口马赫数
Figure 105002DEST_PATH_IMAGE011
：
当
Figure 586799DEST_PATH_IMAGE012
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure 875829DEST_PATH_IMAGE013
；
当
Figure 962734DEST_PATH_IMAGE014
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure 436441DEST_PATH_IMAGE015
；
S90.计算风洞通气模型内阻
Figure 530167DEST_PATH_IMAGE016
；
通气模型内阻
Figure 481943DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 361037DEST_PATH_IMAGE017
；
式中：
Figure 271224DEST_PATH_IMAGE018
为通气模型内流道出口面积。
进一步地，所述的步骤S60包括以下步骤：
S61.风洞稳定段总压
Figure 711302DEST_PATH_IMAGE008
的计算方法如下：
Figure 466768DEST_PATH_IMAGE019
；
S62.通气模型内流道出口总压
Figure 934790DEST_PATH_IMAGE006
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均总压
Figure 750299DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 870483DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 305006DEST_PATH_IMAGE022
为通气模型内流道出口各测压点总压；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 221010DEST_PATH_IMAGE022
与平均总压
Figure 941841DEST_PATH_IMAGE020
的绝对差量
Figure 497456DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 594725DEST_PATH_IMAGE024
；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 302918DEST_PATH_IMAGE022
的标准差
Figure 460230DEST_PATH_IMAGE025
：
Figure 503141DEST_PATH_IMAGE026
，
根据
Figure 404101DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足
Figure 701221DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压，记为
Figure 232697DEST_PATH_IMAGE029
，q为满足
Figure 372691DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压序号，Q为满足
Figure 201976DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压数量，剔除不满足
Figure 9395DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压，通气模型内流道出口总压
Figure 383875DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 11166DEST_PATH_IMAGE030
；
S63.通气模型内流道出口静压
Figure 378562DEST_PATH_IMAGE007
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均静压
Figure 978171DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure 648187DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure 638139DEST_PATH_IMAGE033
为通气模型内流道出口各测压点静压；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 419014DEST_PATH_IMAGE033
与平均静压
Figure 325659DEST_PATH_IMAGE031
的绝对差量
Figure 166576DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 971721DEST_PATH_IMAGE035
；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 431652DEST_PATH_IMAGE033
的标准差
Figure 802590DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 204622DEST_PATH_IMAGE037
；
根据
Figure 28221DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足
Figure 291843DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，记为
Figure 720551DEST_PATH_IMAGE038
，r为满足
Figure 903270DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压序号，R为满足
Figure 621957DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压数量，剔除不满足
Figure 813904DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，通气模型内流道出口静压
Figure 769222DEST_PATH_IMAGE007
为：
Figure 388422DEST_PATH_IMAGE039
。
本发明的高速风洞通气模型内阻精确测量方法通过使用单独的总压测量耙与静压测量耙，在不改变内流道阻塞度的前提下，显著提高了内流道出口截面总压和静压空间分布的测量密度，并通过基于
Figure 389876DEST_PATH_IMAGE027
原则的选点法则剔除了误差较大的测压点，从而有效提高了通气模型内阻测量精度，具有工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的高速风洞通气模型内阻精确测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例的高速风洞通气模型内阻精确测量方法，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装假尾支和总压测量耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将总压测量耙固定在假尾支上，保证总压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合，将总压测量耙钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S30.进行高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure 244568DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口总压
Figure 179026DEST_PATH_IMAGE002
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验的风洞稳定段总压
Figure 110073DEST_PATH_IMAGE003
，其中，i为总压测量耙上测压点序号，N为总压测量耙上测压点总数；
S40.拆卸总压测量耙，更换静压测量耙；
拆下总压测量耙，将静压测量耙固定在假尾支上，保证静压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S50.进行高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验；
开启高速风洞，在与步骤S30相同的来流马赫数
Figure 395561DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口静压
Figure 788365DEST_PATH_IMAGE004
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验的风洞稳定段总压
Figure 46171DEST_PATH_IMAGE005
，其中，j为静压测量耙上测压点序号，N为静压测量耙上测压点总数；
S60.计算通气模型内流道出口的总压
Figure 7174DEST_PATH_IMAGE006
、静压
Figure 655324DEST_PATH_IMAGE007
和风洞稳定段总压
Figure 727185DEST_PATH_IMAGE008
；
根据步骤S30和步骤S50中的测量结果，计算来流马赫数
Figure 26448DEST_PATH_IMAGE001
下，风洞稳定段总压
Figure 96036DEST_PATH_IMAGE008
、通气模型内流道出口总压
Figure 356116DEST_PATH_IMAGE006
及静压
Figure 841455DEST_PATH_IMAGE007
；
S70.计算来流静压
Figure 870591DEST_PATH_IMAGE009
；
根据来流马赫数
Figure 298030DEST_PATH_IMAGE001
和风洞稳定段总压
Figure 45406DEST_PATH_IMAGE008
计算来流静压
Figure 334436DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 421341DEST_PATH_IMAGE010
；
S80.计算内流道出口马赫数
Figure 895047DEST_PATH_IMAGE011
；
根据内流道出口总压
Figure 988774DEST_PATH_IMAGE006
与静压
Figure 206129DEST_PATH_IMAGE007
计算内流道出口马赫数
Figure 85223DEST_PATH_IMAGE011
：
当
Figure 464252DEST_PATH_IMAGE012
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure 123903DEST_PATH_IMAGE013
；
当
Figure 4004DEST_PATH_IMAGE014
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure 862238DEST_PATH_IMAGE015
；
S90.计算风洞通气模型内阻
Figure 818693DEST_PATH_IMAGE016
；
通气模型内阻
Figure 762378DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 180590DEST_PATH_IMAGE017
；
式中：
Figure 96593DEST_PATH_IMAGE018
为通气模型内流道出口面积。
进一步地，所述的步骤S60包括以下步骤：
S61.风洞稳定段总压
Figure 83004DEST_PATH_IMAGE008
的计算方法如下：
Figure 654931DEST_PATH_IMAGE019
；
S62.通气模型内流道出口总压
Figure 752200DEST_PATH_IMAGE006
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均总压
Figure 522710DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 810515DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 728792DEST_PATH_IMAGE022
为通气模型内流道出口各测压点总压；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 505118DEST_PATH_IMAGE022
与平均总压
Figure 192451DEST_PATH_IMAGE020
的绝对差量
Figure 645298DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 988555DEST_PATH_IMAGE024
；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 693206DEST_PATH_IMAGE022
的标准差
Figure 110412DEST_PATH_IMAGE025
：
Figure 875106DEST_PATH_IMAGE026
，
根据
Figure 627030DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足
Figure 807475DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压，记为
Figure 469401DEST_PATH_IMAGE029
，q为满足
Figure 280362DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压序号，Q为满足
Figure 394949DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压数量，剔除不满足
Figure 831615DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压，通气模型内流道出口总压
Figure 223413DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 267593DEST_PATH_IMAGE030
；
S63.通气模型内流道出口静压
Figure 869475DEST_PATH_IMAGE007
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均静压
Figure 578674DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure 949613DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure 102376DEST_PATH_IMAGE033
为通气模型内流道出口各测压点静压；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 925976DEST_PATH_IMAGE033
与平均静压
Figure 517494DEST_PATH_IMAGE031
的绝对差量
Figure 867573DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 50293DEST_PATH_IMAGE035
；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 767713DEST_PATH_IMAGE033
的标准差
Figure 694081DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 898666DEST_PATH_IMAGE037
；
根据
Figure 721128DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足
Figure 519320DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，记为
Figure 124745DEST_PATH_IMAGE038
，r为满足
Figure 324782DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压序号，R为满足
Figure 239517DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压数量，剔除不满足
Figure 462688DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，通气模型内流道出口静压
Figure 996438DEST_PATH_IMAGE007
为：
Figure 926348DEST_PATH_IMAGE039
。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种高速风洞通气模型内阻精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装假尾支和总压测量耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将总压测量耙固定在假尾支上，保证总压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合，将总压测量耙钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S30.进行高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口总压
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口总压测量试验的风洞稳定段总压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中，i为总压测量耙上测压点序号，N为总压测量耙上测压点总数；
S40.拆卸总压测量耙，更换静压测量耙；
拆下总压测量耙，将静压测量耙固定在假尾支上，保证静压测量耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S50.进行高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验；
开启高速风洞，在与步骤S30相同的来流马赫数
Figure 331143DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集通气模型内流道出口静压
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，并同步测量高速风洞通气模型内流道出口静压测量试验的风洞稳定段总压
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，其中，j为静压测量耙上测压点序号，N为静压测量耙上测压点总数；
S60.计算通气模型内流道出口的总压
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、静压
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和风洞稳定段总压
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
根据步骤S30和步骤S50中的测量结果，计算来流马赫数
Figure 31639DEST_PATH_IMAGE001
下，风洞稳定段总压
Figure 545797DEST_PATH_IMAGE008
、通气模型内流道出口总压
Figure 472164DEST_PATH_IMAGE006
及静压
Figure 693061DEST_PATH_IMAGE007
；
S70.计算来流静压
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
根据来流马赫数
Figure 951742DEST_PATH_IMAGE001
和风洞稳定段总压
Figure 15513DEST_PATH_IMAGE008
计算来流静压
Figure 620938DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
S80.计算内流道出口马赫数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
根据内流道出口总压
Figure 961920DEST_PATH_IMAGE006
与静压
Figure 486443DEST_PATH_IMAGE007
计算内流道出口马赫数
Figure 912876DEST_PATH_IMAGE011
：
当
Figure DEST_PATH_IMAGE012
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE014
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
S90.计算风洞通气模型内阻
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
通气模型内阻
Figure 122376DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为通气模型内流道出口面积。
2.根据权利要求1所述的高速风洞通气模型内阻精确测量方法，其特征在于，所述的步骤S60包括以下步骤：
S61.风洞稳定段总压
Figure 255548DEST_PATH_IMAGE008
的计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
S62.通气模型内流道出口总压
Figure 950972DEST_PATH_IMAGE006
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均总压
Figure DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为通气模型内流道出口各测压点总压；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 832078DEST_PATH_IMAGE022
与平均总压
Figure 841622DEST_PATH_IMAGE020
的绝对差量
Figure DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
计算通气模型内流道出口各测压点总压
Figure 94880DEST_PATH_IMAGE022
的标准差
Figure DEST_PATH_IMAGE025
：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足条件
Figure DEST_PATH_IMAGE028
对应的测压点总压，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，q为满足
Figure 338036DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压序号，Q为满足
Figure 473482DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压数量，剔除不满足
Figure 286718DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点总压，通气模型内流道出口总压
Figure 315854DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
S63.通气模型内流道出口静压
Figure 290763DEST_PATH_IMAGE007
的计算方法如下：
计算通气模型内流道出口平均静压
Figure DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为通气模型内流道出口各测压点静压；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 818565DEST_PATH_IMAGE033
与平均静压
Figure 904333DEST_PATH_IMAGE031
的绝对差量
Figure DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
；
计算通气模型内流道出口各测压点静压
Figure 928920DEST_PATH_IMAGE033
的标准差
Figure DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
根据
Figure 101495DEST_PATH_IMAGE027
原则，保留满足
Figure 945954DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，r为满足
Figure 632150DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压序号，R为满足
Figure 511245DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压数量，剔除不满足
Figure 421432DEST_PATH_IMAGE028
条件对应的测压点静压，通气模型内流道出口静压
Figure 753187DEST_PATH_IMAGE007
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
。
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